月全食，有時我們稱之為天狗食月或者“血月”，我們隻知道這一天文現象很壯觀，那麼你知道它是怎麼形成的麼?本文将為您詳細介紹。

我們知道地球一年繞太陽一周，而月亮則一個月繞地球一周，所以太陽、月亮、地球三者在天空的位置也就時時刻刻在變化着。當我們看到月亮和太陽在相反的方向的時候，也就是太陽和月亮黃經相差180度時，這種相對位置一般稱為沖或望。

凡是發亮的物體照着不發亮的黑暗物體，一定在黑暗物體的後面發生影子。我們走到燈光下面，一定有影子，且人越近燈光下面，影子越短。月亮和地球都是不發光的球體，所以太陽光照射時，隻能照亮它們的半個球面，背着陽光的半個球面就拖着一個很長的影子。俗語說“形影不離”，月亮的影子每時每刻跟着月亮，地球的影子每時每刻跟着地球。

望的時候，地球走到太陽和月亮之間，如果這時太陽、地球、月亮三者恰好或幾乎成一直線，這時射向月面上的太陽光被地球擋住，也就是月亮走進地影裡，這樣就發生了月食。如果月亮進入了地球本影中，那麼月全食就發生了。一般月食發生在滿月時期，也就是農曆十五前後。中國古代稱為“蟾蜍食月”或“天狗食月”！

月全食（月亮全部掩食），從字面的意思我們可以以一種方式這樣理解，在地球上的觀賞者看來夜空中明亮的月亮（表面）完全位于地球本影的影子中。食也為掩星，當一個視覺上較大的天體遮擋住背後一個較小的天體時便會發生掩星事件，如月亮遮掩夜空中的星星（月掩星）。

我們可以以一種另類的方式來分析，把地球龐大無比的本影（主要影子）比作為一個大的天體（如比作為月亮），因為天體都是運動的，地球的本影也會随地球太陽等運動掃過月亮，并将月亮完全包含其中。就人類史的時間來說，月亮是不可能不完全包含其中的（随時間推移，月亮可能與地球之間的距離拉遠，這不可考慮，因為時間太過遙遠）。

因為地球的本影錐形非常寬廣，又很長，完全可以把全部的月亮包含在本影中。所以，這就是月全食中的食，地球本影掩食月亮。也可以說為月亮全部被地球的本影給“吞食”了。

這裡需要注意，月亮在地平線時的表面顔色和月全食發生時表面顔色很接近，幾乎看起來都是近紅色，但要區分開來。

這是月亮從地平線升起的顔色變化圖，圖片作者 Dan Marker-Moore

這是月全食發生時的顔色變化圖，圖片來自網絡

（需要注意：地球的影子我們是看不見的，因為它的影子在太空）

大多數人都會知道月亮如同太陽一般有着東升西落的習慣，那是因為地球的自轉造成的。大家也許都會好奇，經常看見的月亮，隔些時日形狀會不一樣，那是因為月亮表面的照明變化（月相：如有月牙，滿月，表面亮區都是受到太陽光的照射造成的）是由于月亮繞地球公轉（月亮圍繞地球做橢圓形〈近圓形那種〉運轉）造成的（月相變化）。

因此，你今天看到的形狀（如被太陽光照亮一點的月牙狀），然後隔段時間看到的形狀又會不一樣，會被太陽光照亮多些或少些。都是太陽光以及月亮圍繞地球運轉造成的。

大家都知道太陽光照射下的不透明物體，都會有各自的黑影子存在。順着這個思路走，較大的天體也是一樣的會有影子存在，地球也不例外。太陽光的照射下，地球也有影子存在，由于地球龐大且近乎圓形，所以我們的地球有個龐大無比的錐形影子（上面尖銳，下面圓粗的形體）！由于地球與太陽都是圓體（太陽非點光源），所以地球的影子有兩種，一種為本影（主要的黑暗區域），另一種為半影（不是很明顯）。

月亮一直圍繞地球做橢圓（近圓）運動，那麼，難免有機會（一般時間在農曆15滿月左右）月亮會進入地球影子（本影加半影）中去。但這個機會不是經常有的，因為太陽光線直射到地球延伸的影子這一平面（也可以說是地球繞太陽公轉的平面）與月亮繞地球公轉（地月連線）的平面不在同一平面内，它們不平行，兩個面之間有夾角。

這兩個面在天文學中分别是黃道面（日地）和白道面（月地）。地球陰影位于地球公轉（圍繞太陽）軌道面（黃道面）的延伸平面區域，此延伸平面區域與月球（圍繞地球）軌道面（白道面）并不重合，黃白道面交角約5度左右；大多數滿月時，月球不在黃道面内，而是或偏北或偏南，不在地球陰影内，因此并不是每個滿月時，都發生月食。每年全球至少發生兩次月食而已。

在生活中你可以形象的把地球比作一個籃球（或簡單的拳頭），月亮比作一個乒乓球（或大拇指），地球和月亮在太空中都是運動的。将籃球放在太陽光（或人造燈）下，會出現籃球的影子，這個籃球的影子就可以粗略的比作為地球的本影區，慢慢轉動乒乓球，模拟月亮運行的軌道，繞籃球（地球）運動。

當乒乓球（月亮）進入籃球（地球）影子中時，這個時候就是我們所說的月全食了。如果，乒乓球（月亮）表面隻有部分籃球（地球）的影子（本影），那麼，這個就是月偏食階段。那麼，問題來了，為什麼乒乓球模拟的月全食，乒乓球表面顔色和月全食時月亮顔色不同啦？

乒乓球之所以表面很黑，是因為籃球沒有大氣層。地球具有大氣層，太陽光經過折射後會照到月亮表面。由于波長長的紅光幾乎會直接穿過地球大氣層到達月亮表面，所以月全食發生時月亮表面看起來是暗紅色的，這方面具體的成因，可以看後面我寫的相關“月全食時月亮的顔色”。

注意：上述比例是不按正确比例縮小的。月亮比地球小，直徑約為3476公裡，大約等于地球直徑的3/11。月亮的表面面積大約是地球表面積的1／14，比亞洲的面積還稍小一些；它的體積是地球的1／49，換句話說，地球裡面可裝下49個月亮（按質量來算是81個）。

月全食形成示意動畫圖，圖片來自網絡

每一個天象事件都有一個過程，月全食也不例外。

半影食始>初虧>食既>食甚>生光>複圓>半影食終

1.半影食始（地球半影接觸月亮瞬間）：月全食最開始階段，是月亮首先進入地球的半影區域内（半影月食開始階段）。地球半影内的月亮，在地球夜晚一面上的觀測者看來月亮表面不是那麼的明顯，顔色由亮稍微變暗點（在月亮邊緣）。

所以，這需要的當地天氣條件很苛刻，比如能見度很高的那種，當然無霧霾雲這些。不過，有望遠鏡條件的天文愛好者可以借助望遠鏡以及軟件模拟（看看地球的半影照射在了月亮邊緣表面的什麼位置上）看看這個半影月食，看看月亮是否有顔色的變化。可利用月亮濾鏡去除部分月亮的強光觀測最佳，比較容易區分顔色或暗亮變化。

總之，半影月食有點難觀測，主要靠眼力，有興趣的朋友不防嘗試觀測。想随意地吊兒郎當地就看見月亮顔色變化（月偏食，暗紅色）的同好，就得耐心等到月偏食發生了，也就是月亮進入地球本影區域。

2.初虧（地球本影初次接觸月亮瞬間）：随時間的推移，月亮慢慢運動，深入地球的半影區域，來到了地球半影與本影的交界處，月亮開始進入地球的本影，月偏食開始。這裡，就需要仔細觀測月亮邊緣了（本次事件根據軟件模拟是月亮的左方開始進入地球本影），會看見月亮表面的顔色逐漸開始變暗，暗面積會随時間推移越來越廣，這是月亮深入地球本影越來越深的緣故。

3.食既（地球本影完全包含月亮瞬間）：月亮繼續運動，當月亮運行到完全被地球本影“照射”到時，月全食開始了，精彩部分上演，“血月”來臨，此時會看見月亮呈現暗紅色或古銅色等（根據大氣等條件決定顔色，見後文詳述）。

4.食甚（月亮位于地球本影深處）：當月亮運行到地球本影最深處時（月亮中心與本影最深中心最近時刻），整個月全食的精彩核心上演了。受到地球本影最暗處的影響，此刻月亮表面也最為暗淡（深深的暗紅色）。

5.生光：和前面類同，隻是事件相反。月亮開始“走出”地球的本影，“重見光日”。生光後，又是可以看見月偏食的時候，還有半影偏食。标志着月全食最為精彩部分的結束。

6.複圓：月亮完全“走出”地球的本影，進入半影區域，标志着月全食中偏食的結束，也可以說月全食結束，隻是後續還有不易肉眼可見的半影食，進深夜，可觀測，也可不觀測了。

7.半影食終：月亮完全離開地球的影子中，月全食全程結束。半影食終前，可以挑戰觀測半影對月亮表面的顔色變化，與前面的食始類同，可作為對比照片拍攝。

月全食發生時，月亮表面的顔色看起來是近乎暗紅色的。我們前面提到過，乒乓球比作月亮，模拟出其表面卻是近乎純黑色的。那麼，為什麼啦？因為籃球沒有大氣層，在月全食發生時，地球有大氣層。太陽光傳過大氣層折射後到達了月亮表面，從而形成暗紅色月面。

在生活中，相信大家經常會發現，一根筷子插入水中，筷子在水中看起來（和空氣中不一樣）是偏折的。這是因為，光線進入不同介質（水）造成的。光線在同一介質中（如空氣，太空）是直線傳播的（這裡不考慮引力影響），但是從一種介質到另一種介質時，就會發生折射現象。

在月全食時，太陽光線首先會從太空中進入地球大氣層中，發生一次向内折射，折射後的光線又從大氣層中傳播到太空中去，又會向内折射，有點像凸透鏡那種原理。兩次折射的光線向内（向地球本影内）很多，所以基本上一些光線會照到月亮表面上，這和在地平線時看見的“假”太陽位置類似。

因為太陽光中紅色的光線波長比較長，“穿透力”強，基本不受大氣層中（顆粒分子等）散射影響而直接穿過地球大氣層照射到月面上，其它波長顔色基本散射了，無法到達月面。我們熟知的藍天就是容易受分子顆粒散射的短波長藍色光線造成的。因此，太陽的紅色光線就照到了月面上，使得月面呈現暗紅色。

不過，有時候由于地球大氣層影響的複雜條件而使得照射到月面上的顔色有所不同，如深紅色、橙色等不同顔色。這個複雜條件，有當時大氣層的天氣空氣條件等，如陰天，霧霾等等，都會影響月全食時月亮表面的顔色。

類似的模拟，動畫圖片來自網絡

最早的月食記錄是公元前2283年美索不達米亞的記錄。殷商的蔔辭載“六日甲午夕，月有食”，“旬壬申系，月有食”，《詩經‧小雅》載有：“彼月而食，則維其常”，《小雅·十月之交》篇“彼月而微，此日而微”，微系指月食。《荀子‧天論》：“夫日月之有食，風雨之不時。

古代中國民間認為月食是“蟾蜍食月”，在月食出現時人們便會頂禮膜拜、祈求天神驅走蟾蜍。“蟾蜍食月”是來自西漢司馬遷《史記。龜策列傳》：“月為刑而相佐，見食于蝦蟆 (蟾蜍，俗稱“癞蝦蟆”)。”，唐朝李白《古朗月行》：“蟾蜍食圓影，大明夜已殘”。

在中國漢朝時，張衡就已經發現了月食的部分原理，他認為是地球走到月亮的前面，把太陽的光擋住了，“當日之沖，光常不合者，蔽于地也，是謂暗虛，在星則星微，遇月則月食。”。前4世紀的亞裡士多德根據月食看到地球影子的圓形而推斷出地球是圓的。前3世紀古希臘的天文學家阿裡斯塔克、前2世紀的喜帕恰斯都提出過通月食來測定太陽、地球、月亮的大小。

古代就有“天狗食月”此詞，如劉炳的〈承承堂為洪善初題〉：“天狗食月歲靖康，血戰于野龍玄黃。”、李氏朝鮮黃玹〈李忠武公龜船歌〉：“天狗食月滄溟竭，罡風萬裡扶桑折。”中國古代“天狗”是月中兇神的名稱。古籍《協紀辨方》卷四引《樞要曆》：“天狗者，月中兇神也。其日忌禱祀鬼神，祈求福願。”，同書又引《曆例》：“天狗者，常居月建前二辰。”

參考資料

1.有趣天文奇觀

2.NASA-Planetary Fact Sheets

3.WJ百科

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文章作者：零度星系（天文在線）

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編輯用時：2018年08月28日-2018年09月02日

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最後更新：2019年3月19日星期二

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